解答:解:由于重力场和电场力做功都与路径无关,因此可以把两个场叠加起来看成一个等效力场来处理,如图所示,有:
tanθ=
=mg Eq
=mg
mg1
3
3
得:θ=60°
开始时,摆球在合力F的作用下沿力的方向作匀加速直线运动,从A点运动到B点,由图可知,△AOB为等边三角形,则摆球从A到B,在等效力场中,由能量守恒定律得:FL=
m1 2
v
在B点处,由于在极短的时间内细线被拉紧,摆球受到细线拉力的冲量作用,法向分量v2变为零,切向分量为:
v1=vBcos30°=
vB
3
2
接着摆球以v1为初速度沿圆弧BC做变速圆周运动,碰到钉子O′后,在竖直平面内做圆周运动,在等效力场中,过点O′做合力F的平行线与圆的交点为Q,即为摆球绕O′点做圆周运动的“最高点”,在Q点应满足:F=m
v
R
根据能量守恒定律得:
m1 2
+(-
v
FL)=1 2
m1 2
+[-F(L-R)cos30°-R]
v
联立方程可解得:R=
L2
+1
3
2
+6
3
所以得:OO′=L-R=
L5 2
+6
3
答:OO′长度是
L.5 2
+6
3